Водород. Нахождение в природе, физические свойства, получение

Разделы: Химия

Цели:

обучающая

  • изучить способы получения и собирания водорода
  • уметь составлять уравнения химических реакций
  • повторить понятие "изотопы"

развивающая

  • развитие речи (обогащение и усложнение словарного запаса при использовании химической номенклатуры)
  • развитие научного мышления: умения сравнивать, проводить анализ, прогнозировать, делать выводы
  • развитие наблюдательности
  • развитие экспериментальных умений и навыков

воспитательная
  • воспитание дисциплинированности, аккуратности, умения слушать собеседника.

Задачи:

  • рассмотреть строение атома и молекулы водорода
  • формы нахождения водорода в природе
  • изучить физические свойства водорода, способы его получения и собирания
  • научиться распознавать водород.

Тип урока: Урок теоретического исследования – введение основ базовых знаний с элементами повторения.

Методы обучения: репродуктивный, частично-поисковый, использование ИКТ.

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, групповая.

Оборудование и реактивы: аппарат Киппа, приборы для получения газов, пробирки, спиртовки, спички, мыльный раствор, лабораторный штатив, цинк, растворы серной и соляной кислот, мультимедийная презентация.

Приложение 1

Ход урока

Мотивационно-организационный момент.

Учитель: Как вы думаете, какой химический элемент занимает первое место по распространенности во Вселенной?

(Учащиеся высказывают свои предположения, учитель записывает все на доске в виде схемы, например:

– кислород
– водород
– углерод
– железо).

Учитель: Чтобы ответить на этот вопрос и сформулировать тему урока – нужно решить кроссворд, отгадать ключевое слово.

Кроссворд

  1. Метод разделения однородных смесей путем удаления избытка жидкости при нагревании.
  2. Химический элемент номер 35.
  3. Оксид водорода.
  4. Единица измерения количества вещества.
  5. В воздухе его содержится примерно 21%.
  6. Мельчайшая химически неделимая частица.
  7. Метод разделения однородных смесей основанный на разности температур кипения веществ, входящих в состав смеси.

Формулирование темы урока и целеполагание.

Учитель: Кроссворд разгадан. Сформулируем тему урока.

Учащиеся: тема урока – Водород и его свойства.

(Учитель возвращается к схеме, которую сделал вначале урока по предположениям учащихся и вычеркивает неправильные варианты ответов, оставив только водород.)

Учитель: в ходе урока вы должны ответить на вопрос: Почему номер один? (Вопрос записан на доске)

Чтобы ответить на этот вопрос, какие знания вы должны получить о водороде? С чем должны познакомиться? Что узнать?

(Учащиеся высказывают свои предложения, учитель на доске составляет схему).

Учитель: Правильно, сформулируем тему урока и запишем ее на доске и в тетради:

“Водород. Нахождение в природе, физические свойства, получение”.

Изучение нового материала, его осмысление.

Учитель: Что вам уже известно о водороде? (учащиеся говорят то, что им известно о водороде).

Водород в природе.

Учитель: Водород – самый распространенный элемент в космосе. Основная масса звезд состоит из водорода: Юпитер, Сатурн – 92% Н, 8 % Н е, 0,1 % все остальные химические элементы; водород преимущественно составляет межзвездное вещество. Водород входит в состав основного вещества Земли – воды. Если посмотреть на схему распространения химических элементов, то можно увидеть, что доля водорода в земной коре составляет около 1% ее массы. Однако, роль его в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых составляет около 17%.

Множество органических веществ, представляют собой соединения водорода с углеродом – нефть, природный газ метан СН4, углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины и другие органические вещества. В теле человека около 10% водорода.

Учитель: Какой можно сделать вывод о распространенности водорода во Вселенной?

Учащиеся: Водород самый распространенный химический элемент во Вселенной – № 1.

Учитель: Никто не знал, сколько водороду лет, хотя он сам утверждал, что родился в 1766 году в семье Генри. Но злые языки говорили, что был он в этой семье приемышем и отца его звали то ли Теофаст или Гельмонт, то ли Роберт или Джозеф, то ли Михайло или Николя, но никак не Генри. Эти же языки шепотом добавляли, что мальчика называли тогда иначе, настоящее имя он получил от своего учителя Антуана, который и ввел юношу в “большой мир”.

Водород был известен еще в XVI в. Теофрасту Парацельсу (1493-1541), его получали также Ван – Гельмонт (1577-1644), Роберт Бойль (1627-1691), Николя Лемери (1645-1715), Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765), Джозеф Пристли и другие ученые. В 1766 году известный английский ученый Генри Кавендиш получил “искусственный воздух” действием цинка, железа или олова на разведенную соляную или серную кислоту. Это было совершенно новое вещество, которое хорошо горело и получило название “горючего воздуха”. Но лишь в 1787 году Лавуазье доказал, что этот воздух” входит в состав воды и дал ему название “ гидрогениум”, т. е. “рождающий воду”, “водород”.

Водород как химический элемент.

Учитель: Что вы можете сказать о водороде как о химическом элементе? (Учащиеся отвечают, используя схему и Периодическую Таблицу Д.И.Менделеева).

Учащиеся:

– химический знак – Н;
– входит в состав химических соединений; – положение в Периодической Таблице Д.И.Менделеева:

  • порядковый номер 1;
  • расположен в первой группе, в первом периоде;
  • атомная масса равна 1,00794;
  • латинское название Hydrogenium.

Водород – первый химический элемент периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Атомный номер водорода – 1, относительная атомная масса равна 1,008. В ядре атома водорода один протон, масса которого равна 1 а. е. м. Почему же масса химического элемента водорода равна 1,008 а. е. м ? Масса не равна единице, так как кроме обычного водорода, называемого протий, существуют изотопы водорода с большей массой: дейтерий и тритий.

Водород простое вещество.

Учитель: Каков состав простого вещества водорода?

Учащиеся: (используя схему) Простое вещество водород состоит из двух атомов водорода, и на письме записывается как – Н2.

Физические свойства водорода.

Учитель: Какими физическими свойствами обладает водород?

Учащиеся: Простое вещество водород – это газ, легче воздуха, без цвета, без запаха, без вкуса, tкип = – 2530С. Собирать водород можно путем вытеснения воздуха из пробирки или воды. При это пробирку нужно перевернуть вверх дном.

Молекула водорода двухатомна. При образовании 1 моль Н2 из 2 моль атомов Н выделяется 436 кДж. В молекуле атомы связаны одной электронной парой Н : Н или Н -Н.В рамках метода молекулярных орбиталей прочность молекулы Н2 объясняется тем, что в ней электронная пара занимает связующую – орбиталь.

Получение водорода.

Учитель: Познакомимся с основными способами получения водорода. Как можно получить водород в лаборатории?

Ученик: Раз водород входит в состав воды, нефти, газа, следовательно, его можно получить из этих веществ и смесей.

Лабораторные методы получения водорода

Учитель: В лаборатории водород можно получить действием на цинк соляной кислоты или приблизительно 20%-м раствором серной кислоты. Поэтому на уроке мы будем получать водород взаимодействием цинка с разбавленной серной кислотой:

Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2↑.

Мы получили водород, но нам нужно убедиться в этом. А для этого мы должны собрать газ водород. Какие способы собирания газов вам известны?

Ученик: Газы можно собирать над водой и вытеснением воздуха.

Учитель: Как надо держать сосуд для сбора водорода? Чтобы ответить на этот вопрос, сравните молярные массы водорода и воздуха 2 и 29 грамм/моль.

Водород легче воздуха в 14.5 раз, следовательно, сосуд для сбора газа держим вверх дном. (Работа с таблицей “Способы собирания газов”)

Учитель: При обычных условиях водород малорастворим в воде. Можно ли его собрать под водой?

Ученик: Да. (Работа с таблицей “Способы собирания газов”)

Учитель: Мы получили газ, собрали его, теперь его нужно доказать. Как это сделать?

Ученик: Водород горит, надо к сосуду с водородом поднести горящую спичку.

Учитель: В этом случае водород загрязнен SO2 . Водород без примеси сгорает спокойно. Однако смесь водорода с кислородом или воздухом взрывается. Наиболее взрывчата смесь, состоящая из двух объемов водорода и одного объема кислорода, – гремучий газ. Если взрыв произойдет в стеклянном сосуде, то его осколки могут поранить окружающих. Поэтому прежде, чем поджигать водород, необходимо проверить на чистоту. Для этого собирают водород в пробирку, которую в положении вверх дном подносят к пламени. Если водород чистый, то он сгорает спокойно, с характерным звуком «п-пах». Если же водород содержит примесь воздуха, то он сгорает с взрывом. При работе с водородом следует соблюдать правила техники безопасности. Удобно проводить эти реакции в аппарате Кипа. Я же выделяющий водород соберу над водой, и мы посмотрим, как горит чистый водород.

(Демонстрация опытов).

Запишем уравнение горения водорода.

Ученик: 2H2+O2=2H2O.

Учитель: При горении водорода образуется вода, поэтому не случайно латинское название водорода Hydrogenium, что в переводе обозначает “рождающий воду”.

Иногда для получения водорода используют реакцию алюминия с водным раствором щелочи:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑.

Чистый водород получают путем электролиза водных растворов или щелочи, или сульфата натрия.

Иногда встречается ошибочное утверждение о том, что «водород получают электролизом воды». Конечно, при электролизе водных растворов щелочей или сульфата натрия происходит электрохимическое расположение воды, но нужно иметь в виду, что чистая вода электрический ток не проводит, и подобное утверждение неточно. Для промышленного получения водорода электролиз водных растворов не используют из-за большого расхода при этом электроэнергии и высокой стоимости получаемого водорода.

Промышленное получение водорода.

Учитель: Длительное время водород в нашей стране в основном получали из газа, образующего при нагревании без доступа воздуха каменного угля – при его коксовании. В настоящее время наиболее экономичный способ производства водорода – так называемая каталитическая паровая конверсия метана. При температуре около 1000 °C в присутствии катализатора и паров воды протекает реакция

2CH4 + O2 = CO2 + 2H2.

Водород очищают от примеси CO2 , пропуская образующиеся газы под давлением через воду. Углекислый газ при этом переходит в раствор, а водород не растворяется.

Водород как побочный продукт образуется при получении щелочи и хлора электролизом водного раствора хлорида натрия:

2NaCl + 2H2O → H2↑ + 2NaOH + Cl2↑,

а также при получении из метана по реакции крекинга

CH4 = С + 2H2,

При крекинге нефтепродуктов и в результате некоторых других процессов.

Закрепление пройденного материала. Просмотр презентации.

Учитель: Для закрепления нового материала дайте ответ на следующие вопросы.

  1. В каком аппарате получают водород?
  2. Как растворяется водород в воде?
  3. Почему перед началом опытов проверяют водород на чистоту? Какой водород мы получили?
  4. Что означает латинское название водорода Hydrogenium?

Рефлексивно-оценочный этап.

Учитель: Что нового мы узнали о водороде на вещественном уровне?
Ученик: Способы получения водорода.
Ученик: Способы собирания водорода.
Ученик: Физические свойства водорода.
Ученик: Нахождение водорода в природе.
Учитель: Завершая работу, дайте самооценку вашей работе на уроке.

(Учащиеся дают самооценку работы на уроке).
Выставление оценок.

Учитель: Начав изучение водорода на вещественном уровне, как вы думаете, какие вопросы остались вне поля нашей деятельности?
Ученик: Где используется водород.
Учитель: Применение водорода основано на его свойствах, и не только физических.
Ученик: С какими другими веществами реагирует водород?
Учитель: Химические свойства водорода и его применение будут объектом нашего исследования на следующем уроке. Благодарю всех за активную работу на уроке.

Домашнее задание: §25,26, Упр1-5

Для тех, кто особенно интересуется химией, предлагаю найти историческую справку об открытии водорода, используя для этого дополнительную литературу.

Литература:

  1. Бердоносов С.С., Медведева Е.А. Особенности содержания и методики преподавания избранных тем курса химии 8-9-х классов: лекции 1– 4. – М.: Педагогический университет «Первое сентября», 2006. 76 с.
  2. Давыдова М.Н. Водород – получение, свойства, соединения: сценарии уроков. 8 класс – М.: Чистые пруды, 2007. – 32 с.
  3. Рудзитис Г.Е. Химия. Неорганическая химия. 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений/Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 13-е изд. – М.: Просвещение, 2009. – 176 с.: ил.